DE102014204664A1 - Pressure sensor and method of manufacturing the pressure sensor - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Drucksensor (100) mit einem Substrat (102) und einer Transistorstruktur (104). Das Substrat (102) weist eine in das Substrat (102) eingebrachte Kavität (106) auf. Die Transistorstruktur (104) ist über der Kavität (106) angeordnet. Die Transistorstruktur (104) weist eine biegsame Heterostruktur (108) und je zumindest einen elektrisch leitend mit der Heterostruktur (108) verbundenen Sourcekontakt (110) und Drainkontakt (112) sowie einen Gatekontakt (114) auf. Die Heterostruktur (108) ist dazu ausgebildet, eine Position entsprechend einem Druckverhältnis zwischen einem ersten Druck in der Kavität (106) und einem zweiten Druck auf einer der Kavität gegenüberliegenden Seite der Heterostruktur (108) einzunehmen. Die Transistorstruktur (104) ist dazu ausgebildet, ein elektrisches Signal entsprechend der Position bereitzustellen.The invention relates to a pressure sensor (100) having a substrate (102) and a transistor structure (104). The substrate (102) has a cavity (106) introduced into the substrate (102). The transistor structure (104) is arranged above the cavity (106). The transistor structure (104) has a flexible heterostructure (108) and at least one source contact (110) and drain contact (112) electrically connected to the heterostructure (108) and a gate contact (114). The heterostructure (108) is configured to assume a position corresponding to a pressure ratio between a first pressure in the cavity (106) and a second pressure on a side of the heterostructure (108) opposite the cavity. The transistor structure (104) is configured to provide an electrical signal corresponding to the position.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Drucksensor sowie auf ein Verfahren zum Herstellen des Drucksensors.The present invention relates to a pressure sensor and to a method of manufacturing the pressure sensor.

Für einen Drucksensor ist eine drucksensitive Membran erforderlich, die zwei Drücke voneinander trennt. Die Membran wird entsprechend einer Druckdifferenz über die Membran ausgelenkt. Die Auslenkung der Membran wird in ein elektrisches Signal umgewandelt.A pressure sensor requires a pressure-sensitive membrane that separates two pressures. The membrane is deflected across the membrane according to a pressure difference. The deflection of the membrane is converted into an electrical signal.

Die US 6 647 796 B2 beschreibt einen Halbleiternitrid-Mikrodrucksensor sowie ein Verfahren zum Herstellen des Mikrodrucksensors.The US 6 647 796 B2 describes a semiconductor nitride micro pressure sensor and a method for manufacturing the micro pressure sensor.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Herstellen eines Drucksensors, ein Drucksensor, weiterhin eine Vorrichtung, die das Verfahren verwendet sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogrammprodukt gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.Against this background, with the approach presented here, a method for producing a pressure sensor, a pressure sensor, furthermore a device which uses the method and finally a corresponding computer program product according to the main claims are presented. Advantageous embodiments emerge from the respective subclaims and the following description.

Um eine Kammer beziehungsweise einen Hohlraum herzustellen, kann ein Platzhalter in einer Aussparung angeordnet werden. Der Platzhalter kann als Strukturelement zum Abstützen einer verschließenden Schicht beim Verschließen der Aussparung dienen. Wenn die Aussparung verschlossen ist, kann der Platzhalter entfernt werden und der Hohlraum entsteht. Insbesondere kann ein Material des Platzhalters in einem ersten Zustand mehr Volumen verdrängen, als in einem zweiten Zustand. Zum Entfernen des Platzhalters kann das Material von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand überführt werden. Ein Volumenschwund bildet das Volumen der Kammer aus. In order to produce a chamber or a cavity, a placeholder can be arranged in a recess. The placeholder can serve as a structural element for supporting an occlusive layer in closing the recess. If the recess is closed, the placeholder can be removed and the cavity is created. In particular, a material of the placeholder in a first state displace more volume, as in a second state. To remove the placeholder, the material can be transferred from the first state to the second state. A volume shrinkage forms the volume of the chamber.

Vorteilhafterweise kann die Aussparung durch den Platzhalter mit einfachen Mitteln kostengünstig verschlossen werden. Der resultierende Drucksensor kann eine hohe Sensitivität aufweisen, da durch den hier vorgestellten Ansatz eine drucksensitive Membran hoher Güte herstellbar ist.Advantageously, the recess can be closed by the placeholder with simple means cost. The resulting pressure sensor can have a high sensitivity, since a pressure-sensitive membrane of high quality can be produced by the approach presented here.

Es wird ein Verfahren zum Herstellen eines Drucksensors vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Bereitstellen eines Substrats für den Drucksensor;
Verändern des Substrats in einem, für eine Kavität des Drucksensors vorgesehenen Teilbereich des Substrats, um ein verändertes Substrat zu erhalten;
Abscheiden einer Heterostruktur auf einer Oberfläche des Substrats im Bereich des veränderten Substrats;
Entfernen des veränderten Substrats, um die Kavität zwischen der Heterostruktur und dem Substrat zu erzeugen; und
Kontaktieren der Heterostruktur mit zumindest je einem Sourcekontakt, Drainkontakt und Gatekontakt, um eine Transistorstruktur des Drucksensors zu erzeugen.
A method for manufacturing a pressure sensor is presented, the method comprising the following steps:
Providing a substrate for the pressure sensor;
Changing the substrate in a portion of the substrate provided for a cavity of the pressure sensor to obtain a modified substrate;
Depositing a heterostructure on a surface of the substrate in the region of the altered substrate;
Removing the altered substrate to create the cavity between the heterostructure and the substrate; and
Contacting the heterostructure with at least one each of a source contact, drain contact and gate contact to produce a transistor structure of the pressure sensor.

Weiterhin wird ein Drucksensor mit folgenden Merkmalen vorgestellt:
einem Substrat mit einer in das Substrat eingebrachten Kavität; und einer Transistorstruktur, die über der Kavität angeordnet ist, wobei die Transistorstruktur eine biegsame Heterostruktur und je zumindest einen elektrisch leitend mit der Heterostruktur verbundenen Sourcekontakt und Drainkontakt sowie einen Gatekontakt aufweist, wobei die Heterostruktur dazu ausgebildet ist, eine Position entsprechend einem Druckverhältnis zwischen einem ersten Druck in der Kavität und einem zweiten Druck auf einer der Kavität gegenüberliegenden Seite der Heterostruktur einzunehmen und die Transistorstruktur dazu ausgebildet ist, ein elektrisches Signal entsprechend der Position bereitzustellen.
Furthermore, a pressure sensor with the following features is presented:
a substrate having a cavity introduced into the substrate; and a transistor structure disposed over the cavity, the transistor structure having a flexible heterostructure and at least one source contact and drain contact electrically connected to the heterostructure, and a gate contact, the heterostructure configured to have a position corresponding to a pressure ratio between a first one Pressure in the cavity and a second pressure on a side of the heterostructure opposite the cavity and the transistor structure is adapted to provide an electrical signal corresponding to the position.

Eine weitere Ausführungsform sieht es vor das 2D-Elektronengas ohne Gatekontakt, mittels Source- und Drainkontakt rein resistiv auszulesen.A further embodiment provides for the 2-D electron gas without gate contact to be read purely resistively by means of source and drain contact.

Unter einem Drucksensor kann ein Sensor zum Erfassen eines Drucks in einem Medium verstanden werden. Dabei kann der Druck ein statischer Druck oder ein dynamischer Druck sein. Zum Erfassen des Drucks wird ein Weg einer Membran erfasst. Der Weg ist abhängig von einem Biegewiderstandsmoment der Membran und einer Kraft auf die Membran. Das Biegewiderstandsmoment ist abhängig von einer Dicke der Membran und Materialkennwerten der Membran. Die Kraft auf die Membran ist abhängig von einer Fläche der Membran und einer Druckdifferenz zwischen einem ersten Druck auf einer ersten Seite der Membran und einem zweiten Druck auf einer zweiten Seite der Membran. Wenn der Drucksensor ein Absolutdrucksensor ist, dann ist der Druck auf einer Seite der Membran ein bekannter Druck, mit dem der Druck auf der anderen Seite der Membran verglichen wird. Eine Druckdifferenz zwischen den bekannten Druck und dem unbekannten Druck resultiert in der Kraft auf die Membran. Dazu weist der Drucksensor benachbart zu der Membran eine Kammer beziehungsweise Kavität auf, in der der bekannte Druck herrscht. Ist der Drucksensor ein Differenzdrucksensor, dann sind die Drücke auf beiden Seiten der Membran unbekannt, jedoch resultiert die Druckdifferenz zwischen den beiden Drücken in der Kraft auf die Membran. Ein Substrat kann ein Ausgangsmaterial für den Drucksensor sein. Das Substrat kann ein Halbleitersubstrat sein. Insbesondere kann das Substrat Silizium sein. Beim Verändern kann eine Struktur des Substrats verändert werden. Die Membran kann zumindest eine Heterostruktur aufweisen. Die Heterostruktur kann aus zumindest zwei unterschiedlichen Lagen Material aufgebaut sein. Sourcekontakt, Drainkontakt und Gatekontakt können elektrisch leitende Anschlüsse sein, die in unmittelbaren oder mittelbaren Kontakt zu der Heterostruktur stehen. Sourcekontakt, Drainkontakt und Gatekontakt bilden die Heterostruktur zu einer Transistorstruktur aus.A pressure sensor may be understood to mean a sensor for detecting a pressure in a medium. The pressure can be a static pressure or a dynamic pressure. To detect the pressure, a path of a membrane is detected. The path is dependent on a bending resistance moment of the membrane and a force on the membrane. The bending resistance torque is dependent on a thickness of the membrane and material characteristics of the membrane. The force on the membrane depends on a surface of the membrane and a pressure difference between a first pressure on a first side of the membrane and a second pressure on a second side of the membrane. If the pressure sensor is an absolute pressure sensor, then the pressure on one side of the diaphragm is a known pressure, which is compared to the pressure on the other side of the diaphragm. A pressure difference between the known pressure and the unknown pressure results in the force on the membrane. For this purpose, the pressure sensor adjacent to the membrane has a chamber or cavity in which the known pressure prevails. If the pressure sensor is a differential pressure sensor, then the pressures on both sides of the diaphragm are unknown, but the pressure differential between the two pressures results in force on the diaphragm. A substrate may be a starting material for the pressure sensor. The Substrate may be a semiconductor substrate. In particular, the substrate may be silicon. When changing, a structure of the substrate can be changed. The membrane may have at least one heterostructure. The heterostructure may be composed of at least two different layers of material. Source contact, drain contact, and gate contact may be electrically conductive terminals that are in direct or indirect contact with the heterostructure. Source contact, drain contact, and gate contact form the heterostructure into a transistor structure.

Das Verfahren kann einen Schritt des Aufwachsens einer Trägerschicht für die Heterostruktur auf dem veränderten Substrat aufweisen. Eine Trägerschicht kann aus einem Halbleitermaterial bestehen. Die Trägerschicht kann aus dem gleichen Material, wie das Substrat bestehen. Trägerschicht kann Bestandteil des Substrats werden. Durch die Trägerschicht kann die Biegesteifigkeit der Membran beeinflusst werden. Eine dickere Membran kann größere Kräfte aushalten. Eine dünnere Membran kann eine höhere Empfindlichkeit aufweisen. Die Trägerschicht kann eine Dichtheit der Kavität verbessern.The method may include a step of growing a carrier layer for the heterostructure on the altered substrate. A carrier layer may consist of a semiconductor material. The carrier layer may be made of the same material as the substrate. Carrier layer can become part of the substrate. By the carrier layer, the bending stiffness of the membrane can be influenced. A thicker membrane can withstand greater forces. A thinner membrane can have a higher sensitivity. The carrier layer can improve a tightness of the cavity.

Das Verfahren kann einen Schritt des Einbringens einer elektrischen Schaltung in das Substrat aufweisen, wobei die elektrische Schaltung mit der Transistorstruktur elektrisch verbunden wird. Die Schaltung kann eine mikroelektronische Schaltung sein. Die Schaltung kann unter Verwendung von Herstellungsschritten der Halbleitertechnik erzeugt werden. Die Schaltung kann in einem geringen Abstand zu der Transistorstruktur angeordnet sein. Durch den geringen Abstand kann die Schaltung Drucksignale mit einer sehr geringen Amplitude verwerten.The method may include a step of introducing an electrical circuit into the substrate, wherein the electrical circuit is electrically connected to the transistor structure. The circuit may be a microelectronic circuit. The circuit can be produced using manufacturing steps of semiconductor technology. The circuit may be arranged at a small distance from the transistor structure. Due to the small distance, the circuit can utilize pressure signals with a very low amplitude.

Das Verfahren kann einen Schritt des Öffnens der Kavität aufweisen, wobei das Substrat durchbrochen wird, um einen Differenzdrucksensor zu schaffen. Das Substrat kann auf einer der Membran gegenüberliegenden Seite durchbrochen werden. Dann kann der Drucksensor zwischen einem ersten Volumen und einem zweiten Volumen angeordnet werden, um einen Differenzdruck zwischen einem ersten Druck in dem ersten Volumen und einem zweiten Druck in dem zweiten Volumen zu erfassen.The method may include a step of opening the cavity whereby the substrate is broken to provide a differential pressure sensor. The substrate may be broken on a side opposite the membrane. Then, the pressure sensor may be disposed between a first volume and a second volume to detect a differential pressure between a first pressure in the first volume and a second pressure in the second volume.

Im Schritt des Kontaktierens kann eine Isolationsschicht zwischen der Heterostruktur und dem Gatekontakt angeordnet werden. Durch eine Isolationsschicht kann eine elektrische Leitfähigkeit der Heterostruktur unter Verwendung eines elektrischen Felds der Gateelektrode beeinflusst werden. In the contacting step, an insulating layer may be disposed between the heterostructure and the gate contact. An insulating layer can influence an electrical conductivity of the heterostructure using an electric field of the gate electrode.

Durch die Isolationsschicht wird ein Stromfluss zwischen der Heterostruktur und der Gateelektrode unterbunden.The insulating layer prevents current flow between the heterostructure and the gate electrode.

Im Schritt des Veränderns kann das veränderte Substrat durch Anodisieren verändert werden, wobei das Substrat durch das Anodisieren insbesondere porös wird. Beim Anodisieren kann das Substrat unter Verwendung von elektrischer Energie verändert werden. Ein poröses Substrat kann eine geringere Dichte aufweisen, als das Substrat.In the step of changing the modified substrate can be changed by anodizing, wherein the substrate is particularly porous by the anodization. In anodizing, the substrate can be altered using electrical energy. A porous substrate may have a lower density than the substrate.

Im Schritt des Abscheidens können zumindest zwei Halbleitermaterialien mit unterschiedlich großen Bandlücken aufeinander abgeschieden werden, um die Heterostruktur zu erzeugen. Durch die unterschiedlich großen Bandlücken kann ein Elektronengas zwischen den Halbleitermaterialien entstehen. In dem Elektronengas können Elektronen in Richtung einer Ebene der Schichten unter geringem Widerstand bewegt werden. Quer zur der Ebene der Schichten können die Elektronen mit einem großen Widerstand bewegt werden. Durch das Elektronengas kann ein Drucksensor mit einer besonders hohen Sensitivität hergestellt werden. Die Halbleiter-Heterostruktur kann aus einer Abfolge von zwei Verbindungshalbleitern aus den Elementen der III-V Gruppen bestehen. Die Heterostruktur kann zum Beispiel durch die Abfolge GaN/AlGaN gebildet werden. In the depositing step, at least two semiconductor materials with different band gaps can be deposited on each other to produce the heterostructure. Due to the different size band gaps, an electron gas can arise between the semiconductor materials. In the electron gas, electrons can be moved toward a plane of the layers with little resistance. Transverse to the plane of the layers, the electrons can be moved with a large resistance. Due to the electron gas, a pressure sensor with a particularly high sensitivity can be produced. The semiconductor heterostructure may consist of a sequence of two compound semiconductors of the elements of the III-V groups. The heterostructure can be formed, for example, by the sequence GaN / AlGaN.

Günstig ist auch eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, mit einem Schritt des Abdünnens der Heterostruktur auf eine vorbestimmte Dicke, insbesondere wobei das Abdünnen unter Verwendung eines chemisch-mechanischen Polierens erfolgt. Dabei kann durch anschließende Zusammenführung unter Referenzbedingungen, z. B. einem festgelegten Druck, mit einem bereits vorstrukturierten Substrat eine Kavität mit einer Trägerschicht und ein Absolutdrucksensor entstehen. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil einer besonders einfachen und kostengünstigen Herstellungsmöglichkeit. Also advantageous is an embodiment of the approach presented here, with a step of thinning the heterostructure to a predetermined thickness, in particular wherein the thinning is carried out using a chemical-mechanical polishing. It can be achieved by subsequent merger under reference conditions, eg. B. a specified pressure, with a pre-structured substrate, a cavity with a carrier layer and an absolute pressure sensor arise. Such an embodiment of the approach presented here offers the advantage of a particularly simple and cost-effective production possibility.

Im Schritt des Entfernens kann das veränderte Substrat durch eine Wärmebehandlung aufgelöst werden. Durch eine Wärmebehandlung kann das veränderte Substrat schmelzen. Beim Schmelzen kann das Material des veränderten Substrats eine möglichst geringe Oberfläche einnehmen. Dabei kann ein Volumen des veränderten Substrats schrumpfen. Durch das Schrumpfen kann die Kavität entstehen. In der Kavität kann näherungsweise ein Vakuum entstehen.In the removal step, the modified substrate can be dissolved by a heat treatment. By a heat treatment, the modified substrate can melt. During melting, the material of the modified substrate can occupy as small a surface as possible. In this case, a volume of the modified substrate can shrink. By shrinking the cavity can arise. In the cavity, a vacuum can be created approximately.

Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden. The approach presented here also creates a device that is designed to implement or implement the steps of a variant of a method presented here in corresponding devices. Also by this embodiment of the invention in the form of a device, the object underlying the invention can be solved quickly and efficiently.

Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind. In the present case, a device can be understood as meaning an electrical device which processes sensor signals and outputs control and / or data signals in dependence thereon. The device may have an interface, which may be formed in hardware and / or software. In the case of a hardware-based embodiment, the interfaces can be part of a so-called system ASIC, for example, which contains a wide variety of functions of the device. However, it is also possible that the interfaces are their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components. In a software training, the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.

Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.Also of advantage is a computer program product or computer program with program code which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and for carrying out, implementing and / or controlling the steps of the method according to one of the embodiments described above is used, especially when the program product or program is executed on a computer or a device.

Der hier vorgestellte Ansatz wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The approach presented here will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 eine Darstellung eines Drucksensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 1 an illustration of a pressure sensor according to an embodiment of the present invention;

2 eine Darstellung eines Drucksensors mit einer Trägerschicht gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 2 a representation of a pressure sensor with a carrier layer according to an embodiment of the present invention;

3 eine Darstellung eines Drucksensors mit einer Isolierschicht gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und 3 a representation of a pressure sensor with an insulating layer according to an embodiment of the present invention; and

4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Drucksensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 4 a flowchart of a method for manufacturing a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of favorable embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and similar acting, with a repeated description of these elements is omitted.

1 zeigt eine Darstellung eines Drucksensors 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Drucksensor 100 weist ein Substrat 102 und eine Transistorstruktur 104 auf. In das Substrat 102 ist eine Kavität 106 eingebracht. Über der Kavität 106 ist die Transistorstruktur 104 angeordnet. Die Transistorstruktur 104 verschließt die Kavität 106. Die Transistorstruktur 104 weist eine biegsame Heterostruktur 108 und zumindest einen Sourcekontakt 110 beziehungsweise eine Sourceelektrode 110, zumindest einen Drainkontakt 112 beziehungsweise eine Drainelektrode 112 und zumindest einen Gatekontakt 114 beziehungsweise eine Gateelektrode 114 auf. Die Heterostruktur 108 ist als eine, die Kavität 106 fluiddicht verschließende, biegsame Membran ausgebildet. Der Sourcekontakt 110 ist elektrisch leitend mit einer ersten Seite der Heterostruktur 108 verbunden. Der Drainkontakt 112 ist elektrisch leitend mit einer, der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der Heterostruktur 108 verbunden. Der Gatekontakt 114 ist auf einer der Kavität gegenüberliegenden Seite der Heterostruktur 108 angeordnet. Die Heterostruktur 108 ist dazu ausgebildet, eine Position entsprechend einem Druckverhältnis zwischen einem ersten Druck in der Kavität 106 und einem zweiten Druck auf der gegenüberliegenden Seite der Heterostruktur 108 einzunehmen. Die Transistorstruktur 104 ist dazu ausgebildet, ein elektrisches Signal entsprechend der Position bereitzustellen. 1 shows a representation of a pressure sensor 100 according to an embodiment of the present invention. The pressure sensor 100 has a substrate 102 and a transistor structure 104 on. In the substrate 102 is a cavity 106 brought in. Above the cavity 106 is the transistor structure 104 arranged. The transistor structure 104 closes the cavity 106 , The transistor structure 104 has a flexible heterostructure 108 and at least one source contact 110 or a source electrode 110 , at least a drain contact 112 or a drain electrode 112 and at least one gate contact 114 or a gate electrode 114 on. The heterostructure 108 is one, the cavity 106 formed fluid-tight closing, flexible membrane. The source contact 110 is electrically conductive with a first side of the heterostructure 108 connected. The drain contact 112 is electrically conductive with a second side of the heterostructure opposite the first side 108 connected. The gate contact 114 is on a side of the heterostructure opposite the cavity 108 arranged. The heterostructure 108 is adapted to a position corresponding to a pressure ratio between a first pressure in the cavity 106 and a second pressure on the opposite side of the heterostructure 108 take. The transistor structure 104 is configured to provide an electrical signal corresponding to the position.

Die Kavität 106 ist während der Herstellung des Drucksensors 100 durch ein Umwandeln von Material des Substrats 102 in ein verändertes Substrat und ein anschließendes Entfernen des veränderten Substrats hergestellt worden. Vor dem Entfernen des veränderten Substrats ist die Heterostruktur 108 auf der Oberfläche des Substrats 102 und des veränderten Substrats abgeschieden worden. Nach einem zumindest teilweisen Aufbau der Heterostruktur 108 ist das veränderte Substrat entfernt worden.The cavity 106 is during the manufacture of the pressure sensor 100 by converting material of the substrate 102 into an altered substrate and then removing the altered substrate. Before removing the altered substrate is the heterostructure 108 on the surface of the substrate 102 and the modified substrate. After an at least partial construction of the heterostructure 108 the modified substrate has been removed.

In einem Ausführungsbeispiel besteht das Material des Substrats 102 aus Silizium und wurde durch Anodisieren verändert, sodass das Material porös geworden ist. Das poröse Material ist weniger hitzebeständig als das Originalmaterial des Substrats 102. Während einer Wärmebehandlung, in der die Heterostruktur 108 aufgebaut wird, hat sich das poröse Material aufgelöst und zusammengezogen, um eine möglichst geringe Oberfläche auszubilden. Die Kavität 106 ist als Hohlraum zurückgeblieben. Da die Heterostruktur 108 sowie das Substrat 102 fluiddicht sind, ist innerhalb der Kavität 106 näherungsweise ein Vakuum ausgebildet.In one embodiment, the material of the substrate 102 made of silicon and was changed by anodizing, so that the material has become porous. The porous material is less heat resistant than the original material of the substrate 102 , During a heat treatment in which the heterostructure 108 is built up, the porous material has dissolved and contracted to form the smallest possible surface. The cavity 106 has remained as a cavity. Because the heterostructure 108 as well as the substrate 102 are fluid tight, is within the cavity 106 formed approximately a vacuum.

Der Drucksensor 100 ist dazu ausgebildet, ein elektrisches Signal bereitzustellen, welches eine Differenz zwischen dem Druck innerhalb der Kavität 106 und einem Druck auf der gegenüberliegenden Seite der Heterostruktur 108 repräsentiert. Aufgrund der Druckdifferenz auf beiden Seiten der Heterostruktur wirkt eine resultierende Kraft auf die Heterostruktur 108. Die Kraft verbiegt die Heterostruktur 108 beziehungsweise die Membran. Durch die Biegung verändert sich eine elektrische Leitfähigkeit der Heterostruktur 108. Das elektrische Signal repräsentiert die veränderte elektrische Leitfähigkeit.The pressure sensor 100 is configured to provide an electrical signal representing a difference between the pressure within the cavity 106 and a pressure on the opposite side of the heterostructure 108 represents. Due to the pressure difference on both sides of the Heterostructure acts as a resultant force on the heterostructure 108 , The force bends the heterostructure 108 or the membrane. The bending changes an electrical conductivity of the heterostructure 108 , The electrical signal represents the changed electrical conductivity.

In einem Ausführungsbeispiel weist der Drucksensor 100 eine elektrische Schaltung auf. Die Schaltung ist während des Herstellens in das Substrat 102 eingebracht worden. Die Schaltung kann auf die Vorderseite oder auf die Rückseite des Substrats durch entsprechende Verfahren der Halbleitertechnologie angebracht werden. Die elektrische Schaltung ist mit der Transistorstruktur 104 elektrisch verbunden. Die Schaltung ist dazu ausgebildet, das elektrische Signal der Transistorstruktur 104 zu verarbeiten bzw. zu vertärken.In one embodiment, the pressure sensor 100 an electrical circuit. The circuit is in the substrate during fabrication 102 been introduced. The circuit may be mounted on the front or back of the substrate by appropriate methods of semiconductor technology. The electrical circuit is with the transistor structure 104 electrically connected. The circuit is adapted to the electrical signal of the transistor structure 104 to process or to reinforce.

In einem Ausführungsbeispiel weist der Drucksensor 100 eine geöffnete Kavität auf. Das Substrat 102 ist gegenüber der Membran durchbrochen. Durch die Öffnung zu der Kavität ist der Drucksensor 100 als Differenzdrucksensor ausgebildet.In one embodiment, the pressure sensor 100 an open cavity. The substrate 102 is broken across the membrane. Through the opening to the cavity is the pressure sensor 100 designed as a differential pressure sensor.

In einer speziellen Ausführungsform zeigt 1 einen GaN-HEMT Drucksensor 100 gemäß dem hier vorgestellten Ansatz. Der Drucksensor 100 weist als drucksensitives Teil eine III/V-Heterostruktur 108 ohne stützendes Substrat auf. Die Heterostruktur 108 ist Bestandteil eines Transistors 104. In a specific embodiment shows 1 a GaN-HEMT pressure sensor 100 according to the approach presented here. The pressure sensor 100 has a pressure-sensitive part of a III / V heterostructure 108 without supporting substrate. The heterostructure 108 is part of a transistor 104 ,

2 zeigt eine Darstellung eines Drucksensors 100 mit einer Trägerschicht 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Drucksensor 100 entspricht im Wesentlichen dem Drucksensor in 1. Zusätzlich weist der Drucksensor 100 die Trägerschicht 200 zwischen der Heterostruktur 108 und der Kavität 106 auf. Die Trägerschicht 200 ist fest mit der Heterostruktur 108 verbunden. Die Trägerschicht 200 ist damit integraler Bestandteil der die Kavität 106 verschließenden Membran. Die Trägerschicht 200 ist beim Herstellen des Drucksensors 100 auf der Oberfläche des Substrats 102 sowie des veränderten Substrats aufgewachsen worden. Die Trägerschicht 200 ist damit ebenfalls Teil des Substrats 102. Die Trägerschicht 200 schließt also das veränderte Substrat ein. Während des weiteren Herstellungsprozesses löst sich das veränderte Substrat auf und bildet die Kavität 106 aus. Die Trägerschicht begünstigt die Abscheidung der Heterostruktur 108 und besteht beispielsweise aus epitaktisch gewachsenem Silizium. Eine Dicke der Trägerschicht 200 bestimmt maßgeblich die Biegefestigkeit der Heterostruktur 108. Je dicker die Membran aus der Trägerschicht 200 und der Heterostruktur 108 ist, umso biegesteifer ist sie. Umso biegesteifer die Membran ist, umso geringer ist eine Auslenkung der Membran bei gleicher Druckdifferenz. Mit anderen Worten wird eine Empfindlichkeit des Drucksensors 100 größer, je dünner die Membran ist. 2 shows a representation of a pressure sensor 100 with a carrier layer 200 according to an embodiment of the present invention. The pressure sensor 100 essentially corresponds to the pressure sensor in 1 , In addition, the pressure sensor points 100 the carrier layer 200 between the heterostructure 108 and the cavity 106 on. The carrier layer 200 is fixed with the heterostructure 108 connected. The carrier layer 200 is thus an integral part of the cavity 106 occlusive membrane. The carrier layer 200 is when making the pressure sensor 100 on the surface of the substrate 102 and the altered substrate grown. The carrier layer 200 is thus also part of the substrate 102 , The carrier layer 200 includes the modified substrate. During the further manufacturing process, the modified substrate dissolves and forms the cavity 106 out. The carrier layer promotes the deposition of the heterostructure 108 and consists for example of epitaxially grown silicon. A thickness of the carrier layer 200 significantly determines the flexural strength of the heterostructure 108 , The thicker the membrane from the carrier layer 200 and the heterostructure 108 is, the more she is. The more rigid the membrane, the lower is a deflection of the membrane at the same pressure difference. In other words, a sensitivity of the pressure sensor 100 larger, the thinner the membrane is.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Heterostruktur 108 in einem separaten Prozess auf eine Trägerschicht 200 bzw. -substrat aufgewachsen wird, welches nach Bedarf z. B. durch CMP (chemisch-mechanisches Polieren) auf eine benötigte Dicke gebracht wird. Durch Zusammenführung z. B. im Direct-Bond-Verfahren eines bereits vorstrukturierten Substrats 102 entsteht eine Kavität 106 mit einer Trägerschicht 200 entsprechend 2. Diese Ausführung bietet einen großen Vorteil für die Fertigbarkeit in großen Stückzahlen.Another embodiment provides that the heterostructure 108 in a separate process on a carrier layer 200 or substrate is grown, which z. B. by CMP (chemical-mechanical polishing) is brought to a required thickness. By merging z. B. in the direct-bond process of an already prestructured substrate 102 creates a cavity 106 with a carrier layer 200 corresponding 2 , This design offers a great advantage for the manufacturability in large quantities.

Im Schritt des Abscheidens können zwei Halbleiterschichten mit unterschiedlich großer Bandlücke aufeinander abgeschieden werden, um die Heterostruktur zu erzeugen.In the deposition step, two semiconductor layers of different size bandgaps may be deposited on each other to create the heterostructure.

In diesem Ausführungsbeispiel ist die Heterostruktur 108 aus zwei Lagen 202, 204 unterschiedlichen Halbleitermaterials aufgebaut. Die zumindest zwei Halbleitermaterialien weisen unterschiedlich große Bandlücken auf. Zwischen den Lagen 202, 204 ist ein zweidimensionales Elektronengas ausgebildet, das in einer Erstreckungsrichtung der Lagen 202, 204 eine große elektrische Leitfähigkeit aufweist. Um den Wachstumsprozess der Lagen 202 und 204 zu begünstigen, kann eine zusätzliche Übergangs- bzw. Pufferschicht eingesetzt werden. Durch Wahl einer geeigneten Übergangsschicht können die Lagen 202 und 204 heteroepitaktisch auf der Trägerschicht 200 gewachsen werden.In this embodiment, the heterostructure is 108 from two layers 202 . 204 constructed of different semiconductor material. The at least two semiconductor materials have different sized band gaps. Between the layers 202 . 204 a two-dimensional electron gas is formed in an extending direction of the layers 202 . 204 has a high electrical conductivity. To the growth process of the layers 202 and 204 To favor, an additional transition or buffer layer can be used. By choosing a suitable transition layer, the layers 202 and 204 heteroepitaktisch on the carrier layer 200 to be grown.

Die Lagen 202, 204 sind großflächig auf der Oberfläche des Substrats 102 beziehungsweise der Trägerschicht 200 abgeschieden worden. Der Sourcekontakt 110 und der Drainkontakt 112 werden durch Abscheidung und Verwendung eines thermischen Prozesses mit dem Elektronengas entlang der Heterostruktur elektrisch Verbunden. The layers 202 . 204 are large on the surface of the substrate 102 or the carrier layer 200 been separated. The source contact 110 and the drain contact 112 are electrically connected by deposition and use of a thermal process with the electron gas along the heterostructure.

Der HEMT-Transistor 104 (High-Electron-Mobility Transistor, Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit) ist eine besondere Bauform des Feldeffekttransistors, die durch einen leitfähigen Kanal mit einer hohen Ladungsträgerbeweglichkeit gekennzeichnet wird. Der Aufbau des HEMT-Transistors 104 besteht aus Schichten 202, 204 verschiedener Halbleitermaterialien mit unterschiedlich großen Bandlücken, die eine Heterostruktur 108 ausbilden. Es kommen hierfür insbesondere Verbindungshalbleiter infrage, die aus Elementen der III/V-Gruppe des Periodensystems bestehen. Beispielsweise kann das Materialsystem GaN/AlGaN verwendet werden. Scheidet man diese beiden Materialien aufeinander ab, so bildet sich an der Grenzfläche dieser Materialien auf beiden Seiten des GaN ein zweidimensionales Elektronengas (2DEG), das als leitfähiger Kanal dienen kann, da die Elektronenbeweglichkeit mit typischerweise 2000 cm2 /Vs darin sehr hoch ist. Ursache für die Entstehung des Elektronengases ist eine Überlagerung der spontanen Polarisationen in den GaN und AIGaN Schichten 202, 204 mit der durch mechanische Spannung verursachten piezoelektrischen Polarisation in der AIGaN-Schicht. Dank der hohen elektrischen Elektronenbeweglichkeit eignet sich dieses Materialsystem besonders für leistungselektronische Anwendungen, darüber hinaus ermöglicht die Eigenschaft des Elektronengases ebenfalls Herstellung eines hochempfindlichen Drucksensors 100. The HEMT transistor 104 (High-Electron Mobility Transistor, transistor with high electron mobility) is a special design of the field effect transistor, which is characterized by a conductive channel with a high charge carrier mobility. The structure of the HEMT transistor 104 consists of layers 202 . 204 different semiconductor materials with different sized band gaps, which has a heterostructure 108 form. For this purpose, in particular compound semiconductors come into question, which consist of elements of the III / V group of the periodic table. For example, the material system GaN / AlGaN can be used. If these two materials are separated, a two-dimensional electron gas (2DEG) is formed at the interface of these materials on both sides of the GaN, which serves as a conductive channel since the electron mobility is typically very high, typically 2000 cm 2 / Vs. The reason for the formation of the electron gas is a superposition of the spontaneous polarizations in the GaN and AIGaN layers 202 . 204 with the piezoelectric polarization in the AIGaN layer caused by stress. Thanks to the high electrical electron mobility, this material system is particularly suitable for power electronic applications, moreover, the property of the electron gas also allows the production of a highly sensitive pressure sensor 100 ,

Um einen absoluten Drucksensor 100 zum Beispiel auf GaN/AIGaN Basis zu realisieren, weist er eine definierte Kavität 106 mit Referenzdruck und eine entsprechende Membran 108 auf. To an absolute pressure sensor 100 For example, to realize on GaN / AIGaN basis, he has a defined cavity 106 with reference pressure and a corresponding membrane 108 on.

Durch den hier vorgestellten Ansatz kann bei der Herstellung der Membran 108 auf einen nasschemischen bzw. trockenchemischen Ätzprozess verzichtet werden. Weiterhin ergibt sich der Vorteil, auf eine komplizierte Abfolge von verschieden dotierten GaN-Schichten verzichten zu können. Durch den hier vorgestellten Ansatz ist es möglich kostengünstigere und technologisch ausgereiftere, einfache GaN/AIGaN Heterostrukturen 108 zu verwenden.By the approach presented here can in the production of the membrane 108 to dispense with a wet-chemical or dry-chemical etching process. Furthermore, there is the advantage of being able to dispense with a complicated sequence of differently doped GaN layers. The approach presented here makes it possible to obtain less expensive and more technologically mature, simple GaN / AIGaN heterostructures 108 to use.

Es wird ein absoluter Drucksensor 100 vorgestellt, der auf einer III/V Heterostruktur 108 basiert. Die Herstellung basiert auf einem Verfahren zur Herstellung einer Membran 108 mittels porösem Silizium, die die Verwendung des Standardaufbaus von GaN/AIGaN-Heterostrukturen 108 aus der Mikrowellentechnik bzw. Leistungselektronik erlaubt.It becomes an absolute pressure sensor 100 presented on a III / V heterostructure 108 based. The preparation is based on a process for producing a membrane 108 using porous silicon that demonstrates the use of the standard setup of GaN / AIGaN heterostructures 108 from the microwave technology or power electronics allowed.

Mit anderen Worten zeigt 2 einen Querschnitt eines Drucksensors 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, basierend auf einer III/V Heterostruktur 108. Die Heterostruktur 108 ist durch zwei Ohmsche kontakte 110, 112 und ein HEMT-Gate 114 zu einer Transistorstruktur 104 ausgebildet. Die erste Schicht 202 der Heterostruktur 108 besteht aus GaN beziehungsweise Galliumnitrid. Die zweite Schicht 204 der Heterostruktur 108 besteht aus AIGaN beziehungsweise Aluminiumgalliumnitrid. Das Substrat 102 besteht aus Silizium (111).In other words shows 2 a cross section of a pressure sensor 100 according to an embodiment of the present invention, based on a III / V heterostructure 108 , The heterostructure 108 is through two ohmic contacts 110 . 112 and a HEMT gate 114 to a transistor structure 104 educated. The first shift 202 the heterostructure 108 consists of GaN or gallium nitride. The second layer 204 the heterostructure 108 consists of AIGaN or aluminum gallium nitride. The substrate 102 consists of silicon ( 111 ).

3 zeigt eine Darstellung eines Drucksensors 100 mit einer Isolierschicht 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Drucksensor 100 entspricht im Wesentlichen dem Drucksensor in 2. Zusätzlich ist zwischen der Heterostruktur 108 und der Gateelektrode 114 beziehungsweise dem Gatekontakt 114 die Isolierschicht 300 angeordnet. Die Isolierschicht 300 isoliert die Gateelektrode 114 elektrisch von der Heterostruktur 108. 3 shows a representation of a pressure sensor 100 with an insulating layer 300 according to an embodiment of the present invention. The pressure sensor 100 essentially corresponds to the pressure sensor in 2 , In addition, there is between the heterostructure 108 and the gate electrode 114 or the gate contact 114 the insulating layer 300 arranged. The insulating layer 300 isolates the gate electrode 114 electrically from the heterostructure 108 ,

Mit anderen Worten zeigt 3 einen Querschnitt eines Drucksensors 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, basierend auf einer III/V Heterostruktur 108. Die Heterostruktur 108 ist durch zwei Ohmkontakte 110, 112 und ein MISFET-Gate 114 mit Isolator 300 zu einer Transistorstruktur 104 ausgebildet. Die erste Schicht 202 der Heterostruktur 108 besteht aus GaN beziehungsweise Galliumnitrid. Die zweite Schicht 204 der Heterostruktur 108 besteht aus AIGaN beziehungsweise Aluminiumgalliumnitrid. Das Substrat 102 besteht aus Silizium (111).In other words shows 3 a cross section of a pressure sensor 100 according to an embodiment of the present invention, based on a III / V heterostructure 108 , The heterostructure 108 is through two ohm contacts 110 . 112 and a MISFET gate 114 with insulator 300 to a transistor structure 104 educated. The first shift 202 the heterostructure 108 consists of GaN or gallium nitride. The second layer 204 the heterostructure 108 consists of AIGaN or aluminum gallium nitride. The substrate 102 consists of silicon ( 111 ).

4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 400 zum Herstellen eines Drucksensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 400 weist einen Schritt 402 des Bereitstellens, einen Schritt 404 des Veränderns, einen Schritt 406 des Abscheidens, einen Schritt 408 des Entfernens und einen Schritt 410 des Kontaktierens auf. Im Schritt 402 des Bereitstellens wird ein Substrat für den Drucksensor bereitgestellt. Im Schritt 404 des Veränderns wird das Substrat in einem, für eine Kavität des Drucksensors vorgesehenen Teilbereich des Substrats verändert, um ein verändertes Substrat zu erhalten. Im Schritt 406 des Abscheidens wird eine Heterostruktur auf einer Oberfläche des Substrats im Bereich des veränderten Substrats abgeschieden. Im Schritt 408 des Entfernens wird das veränderte Substrat entfernt, um die Kavität zwischen der Heterostruktur und dem Substrat zu erzeugen. Im Schritt 410 des Kontaktierens wird die Heterostruktur mit zumindest je einem Sourcekontakt, Drainkontakt und Gatekontakt versehen, um eine Transistorstruktur des Drucksensors zu erzeugen. 4 shows a flowchart of a method 400 for manufacturing a pressure sensor according to an embodiment of the present invention. The procedure 400 has a step 402 of providing a step 404 of changing, one step 406 of depositing, one step 408 removing and one step 410 of contacting. In step 402 the provision of a substrate for the pressure sensor is provided. In step 404 of varying the substrate is changed in a, provided for a cavity of the pressure sensor portion of the substrate to obtain a modified substrate. In step 406 During deposition, a heterostructure is deposited on a surface of the substrate in the region of the altered substrate. In step 408 the removal removes the altered substrate to create the cavity between the heterostructure and the substrate. In step 410 contacting, the heterostructure is provided with at least one source contact, drain contact, and gate contact to produce a transistor structure of the pressure sensor.

Vor dem Schritt 406 des Abscheidens kann ein Schritt des Aufwachsens erfolgen. Dabei wird eine Trägerschicht für die Heterostruktur auf dem veränderten Substrat und/oder der Oberfläche des Substrats aufgewachsen.Before the step 406 the deposition may be a step of growing up. In this case, a carrier layer for the heterostructure is grown on the modified substrate and / or the surface of the substrate.

Eine Kavität unterhalb einer GaN/AIGaN Heterostruktur kann mit dem hier beschriebenen Verfahren 400 realisiert werden. Dazu wird ein <111>-Substrat verwendet. Darin wird poröses Silizium durch Anodisieren in den Bereichen, wo die Kavität(en) entstehen soll(en) generiert. A cavity below a GaN / AIGaN heterostructure can be obtained by the method described here 400 will be realized. For this purpose, a <111> substrate is used. Therein, porous silicon is generated by anodizing in the areas where the cavity (s) are to be formed.

Darauf wird durch ein MOCVD-Wachstum eine HEMT-Struktur hergestellt. Dazu wird eine Niedertemperatur-AIN-seed layer beziehungsweise Aluminiumnitrid Saatschicht mit beispielsweise etwa zehn Nanometern bis 1000 nm bei 400°C bis 800°C aufgebracht. Darauf folgt ein in-situ anneal beziehungsweise Tempern bei größer 1000°C, bei dem sich das poröse Si auflöst. Die Kavität entsteht, wo vorher poröses Silizium generiert wurde. Auf der Saatschicht wird eine GaN/AIGaN Heterostruktur bei den herkömmlichen MOCVD-Temperaturen von 1000°C bis 1200°C aufgewachsen. Then an HEMT structure is produced by MOCVD growth. For this purpose, a low-temperature AIN-seed layer or aluminum nitride seed layer with, for example, about ten nanometers to 1000 nm at 400 ° C to 800 ° C is applied. This is followed by an in situ anneal or annealing at greater than 1000 ° C, at which the porous Si dissolves. The cavity is created where previously porous silicon was generated. At the seed layer, a GaN / AIGaN heterostructure is observed at the grown at conventional MOCVD temperatures of 1000 ° C to 1200 ° C.

Die HEMT Bauelement Herstellung erfolgt dann durch eine Interdevice Isolation, beispielsweise mittels Implantation oder Mesa-Ätzen. Ein Gate-Anschluss wird durch einen Schottkykontakt oder einen MIS-Kontakt hergestellt. Ohmsche Kontakte, Metallisierungen und Passivierungen ergänzen die HEMT-Struktur. The HEMT device fabrication is then performed by an interdevice isolation, for example by implantation or mesa etching. A gate connection is made by a Schottky contact or an MIS contact. Ohmic contacts, metallizations and passivations complete the HEMT structure.

Alternativ kann vor der MOCVD-Epitaxie eine dünne, insbesondere kleiner ein Mikrometer bis wenige µm, Si-Epitaxie durchgeführt werden. Alternatively, before the MOCVD epitaxy, a thin, in particular smaller one micron to a few μm, Si epitaxy can be carried out.

Von der Rückseite kann ein Trench angelegt werden, sodass der Sensor als Differenzdrucksensor verwendet werden kann. In diesem Fall kann das Substrat abgedünnt werden, um diesen Prozessschritt zu vereinfachen.From the back, a trench can be created so that the sensor can be used as a differential pressure sensor. In this case, the substrate can be thinned to simplify this process step.

In einer weiteren Ausführungsform werden elektronische Schaltungen unmittelbar in der Nähe des Drucksensors realisiert, somit können beispielsweise zusätzliche Funktionen wie Signalverarbeitung oder Signalverstärkung monolithisch integriert werden.In a further embodiment, electronic circuits are realized directly in the vicinity of the pressure sensor, thus, for example, additional functions such as signal processing or signal amplification can be monolithically integrated.

Ein Druckbereich des hier vorgestellten Drucksensors kann durch eine geeignete Wahl der gewachsenen GaN/AIGaN-Schicht beziehungsweise Si-Epitaxieschicht eingestellt werden. Durch die sehr guten elektrischen Eigenschaften von GaN/AIGaN HEMTs weist der Drucksensor eine hohe Empfindlichkeit auf. A pressure range of the pressure sensor presented here can be adjusted by a suitable choice of the grown GaN / AlGaN layer or Si epitaxial layer. Due to the very good electrical properties of GaN / AIGaN HEMTs, the pressure sensor has a high sensitivity.

Durch die Verwendung des porösen Siliziums als Platzhalter für die Kavität ergibt sich eine simple Prozessführung. By using the porous silicon as a placeholder for the cavity results in a simple process management.

Ein so hergestellter Drucksensor weist eine hohe Resistenz gegenüber rauen Umgebungsbedingungen auf. Durch die hohe chemische Inertheit der GaN/AIGaN Schichten kann der Sensor auch in rauen Umgebungsbedingungen betrieben werden, wie beispielsweise hohe Temperaturen oder korrosiver Atmosphäre. Dies ist insbesondere für Automotive Anwendungen vorteilhaft.A pressure sensor produced in this way has a high resistance to harsh environmental conditions. Due to the high chemical inertness of the GaN / AIGaN layers, the sensor can also be operated in harsh environmental conditions, such as high temperatures or corrosive atmospheres. This is particularly advantageous for automotive applications.

Eine Güte des Herstellungsprozesses kann durch bekannte Verfahren, wie REM, FIB, TEM, XPS überprüft werden. Die aktive Heterostruktur-Schicht und die Kavität können so gut erkannt werden.A quality of the manufacturing process can be checked by known methods such as SEM, FIB, TEM, XPS. The active heterostructure layer and the cavity can be recognized so well.

Der Sensor nach dem hier vorgestellten Ansatz kann beispielsweise als Absolutdrucksensor und/oder als Differenzdrucksensor im Bereich Unterhaltungselektronik und Automobilelektronik eingesetzt werden. Insbesondere kann der Sensor bei Anwendungen verwendet werden, die eine hohe Sensitivität bei einer hohen Robustheit erfordern, wie beispielsweise Brennraumdrucksensoren.The sensor according to the approach presented here can be used for example as an absolute pressure sensor and / or as a differential pressure sensor in the field of consumer electronics and automotive electronics. In particular, the sensor can be used in applications requiring high sensitivity with high robustness, such as combustion chamber pressure sensors.

Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden. The embodiments described and shown in the figures are chosen only by way of example. Different embodiments may be combined together or in relation to individual features. Also, an embodiment can be supplemented by features of another embodiment.

Ferner können die hier vorgestellten Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Furthermore, the method steps presented here can be repeated as well as executed in a sequence other than that described.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.If an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 6647796 B2 [0003] US 6647796 B2 [0003]

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Verfahren (400) zum Herstellen eines Drucksensors (100), wobei das Verfahren (400) die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen (402) eines Substrats (102) für den Drucksensor (100); Verändern (404) des Substrats (102) in einem, für eine Kavität (106) des Drucksensors (100) vorgesehenen Teilbereich des Substrats (102), um ein verändertes Substrat (102) zu erhalten; Abscheiden (406) einer Heterostruktur (108) auf einer Oberfläche des Substrats (102) im Bereich des veränderten Substrats (102); Entfernen (408) des veränderten Substrats (102), um die Kavität (106) zwischen der Heterostruktur (108) und dem Substrat (102) zu erzeugen; und Kontaktieren (410) der Heterostruktur (108) mit zumindest je einem Sourcekontakt (110), Drainkontakt (112) und Gatekontakt (114), um eine Transistorstruktur (104) des Drucksensors (100) zu erzeugen.Procedure ( 400 ) for producing a pressure sensor ( 100 ), the process ( 400 ) includes the following steps: providing ( 402 ) of a substrate ( 102 ) for the pressure sensor ( 100 ); Change ( 404 ) of the substrate ( 102 ) in one, for a cavity ( 106 ) of the pressure sensor ( 100 ) provided subregion of the substrate ( 102 ) to a modified substrate ( 102 ) to obtain; Separating ( 406 ) of a heterostructure ( 108 ) on a surface of the substrate ( 102 ) in the region of the modified substrate ( 102 ); Remove ( 408 ) of the modified substrate ( 102 ) to the cavity ( 106 ) between the heterostructure ( 108 ) and the substrate ( 102 ) to create; and contacting ( 410 ) of the heterostructure ( 108 ) with at least one source contact ( 110 ), Drain contact ( 112 ) and gate contact ( 114 ) to a transistor structure ( 104 ) of the pressure sensor ( 100 ) to create. Verfahren (400) gemäß Anspruch 1, mit einem Schritt des Aufwachsens einer Trägerschicht für die Heterostruktur (108) auf dem veränderten Substrat (102). Procedure ( 400 ) according to claim 1, comprising a step of growing a carrier layer for the heterostructure ( 108 ) on the modified substrate ( 102 ). Verfahren (400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt des Einbringens einer elektrischen Schaltung in das Substrat (102), wobei die elektrische Schaltung mit der Transistorstruktur (104) elektrisch verbunden wird. Procedure ( 400 ) according to one of the preceding claims, with a step of introducing an electrical circuit into the substrate ( 102 ), wherein the electrical circuit with the transistor structure ( 104 ) is electrically connected. Verfahren (400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt des Öffnens der Kavität (106), wobei das Substrat (102) durchbrochen wird, um einen Differenzdrucksensor (100) zu schaffen.Procedure ( 400 ) according to one of the preceding claims, with a step of opening the cavity ( 106 ), the substrate ( 102 ) is broken to a differential pressure sensor ( 100 ) to accomplish. Verfahren (400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (410) des Kontaktierens eine Isolationsschicht (300) zwischen der Heterostruktur (108) und dem Gatekontakt (114) angeordnet wird.Procedure ( 400 ) according to one of the preceding claims, wherein in step ( 410 ) of contacting an insulation layer ( 300 ) between the heterostructure ( 108 ) and the gate contact ( 114 ) is arranged. Verfahren (400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (404) des Veränderns das veränderte Substrat (102) durch Anodisieren verändert wird, wobei das Substrat (102) durch das Anodisieren insbesondere porös wird.Procedure ( 400 ) according to one of the preceding claims, wherein in step ( 404 ) of changing the modified substrate ( 102 ) is changed by anodizing, wherein the substrate ( 102 ) becomes particularly porous by the anodization. Verfahren (400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (406) des Abscheidens zumindest zwei Halbleitermaterialien (202, 204) mit unterschiedlich großen Bandlücken aufeinander abgeschieden werden, um die Heterostruktur (108) zu erzeugen.Procedure ( 400 ) according to one of the preceding claims, wherein in step ( 406 ) of depositing at least two semiconductor materials ( 202 . 204 ) are deposited on each other with band gaps of different size in order to reduce the heterostructure ( 108 ) to create. Verfahren (400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt des Abdünnens der Heterostruktur (108) auf eine vorbestimmte Dicke, insbesondere wobei das Abdünnen unter Verwendung eines chemisch-mechanischen Polierens erfolgt.Procedure ( 400 ) according to any one of the preceding claims, comprising a step of thinning the heterostructure ( 108 ) to a predetermined thickness, in particular wherein the thinning is performed using chemical mechanical polishing. Verfahren (400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem im Schritt (408) des Entfernens das veränderte Substrat (102) durch eine Wärmebehandlung aufgelöst wird.Procedure ( 400 ) according to one of the preceding claims, wherein in step ( 408 ) removing the modified substrate ( 102 ) is dissolved by a heat treatment. Drucksensor (100) mit folgenden Merkmalen: einem Substrat (102) mit einer in das Substrat (102) eingebrachten Kavität (106); und einer Transistorstruktur (104), die über der Kavität (106) angeordnet ist, wobei die Transistorstruktur (104) eine biegsame Heterostruktur (108) und je zumindest einen elektrisch leitend mit der Heterostruktur (108) verbundenen Sourcekontakt (110) und Drainkontakt (112) sowie einen Gatekontakt (114) aufweist, wobei die Heterostruktur (108) dazu ausgebildet ist, eine Position entsprechend einem Druckverhältnis zwischen einem ersten Druck in der Kavität (106) und einem zweiten Druck auf einer der Kavität gegenüberliegenden Seite der Heterostruktur (108) einzunehmen und die Transistorstruktur (104) dazu ausgebildet ist, ein elektrisches Signal entsprechend der Position bereitzustellen.Pressure sensor ( 100 ) having the following characteristics: a substrate ( 102 ) with a into the substrate ( 102 ) introduced cavity ( 106 ); and a transistor structure ( 104 ) above the cavity ( 106 ), wherein the transistor structure ( 104 ) a flexible heterostructure ( 108 ) and at least one electrically conductive with the heterostructure ( 108 ) source contact ( 110 ) and drain contact ( 112 ) and a gate contact ( 114 ), wherein the heterostructure ( 108 ) is adapted to a position corresponding to a pressure ratio between a first pressure in the cavity ( 106 ) and a second pressure on a side of the heterostructure ( 108 ) and the transistor structure ( 104 ) is adapted to provide an electrical signal corresponding to the position. Vorrichtung, die ausgebildet ist, um alle Schritte eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen und/oder umzusetzen.Device that is designed to perform and / or implement all steps of a method according to one of claims 1 to 9. Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, alle Schritte eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 anzusteuern und/oder umzusetzen.Computer program that is set up to control and / or implement all steps of a method according to one of claims 1 to 9. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 12.A machine-readable storage medium having a computer program stored thereon according to claim 12.
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